薄圓盤零件磨削工藝優化

周潤鋒

【摘 要】本文針對薄圓盤零件原平面磨削加工工藝存在的加工后零件變形大、端跳合格率低的問題，本文采用了一種新的磨削加工方法---雙端面磨削技術代替原有平面磨削技術，并進行了該類設備的選型工作，使用雙端面磨削設備取代原平面磨削設備，經過試驗，雙端面磨削工藝方法能有效解決加工后零件變形大、端跳合格率低的問題。并在雙端面磨削設備上進行雙面磨削工藝參數試驗研究，通過系統地工藝試驗，基本確定了磨削參數，不僅解決了原工藝導致工件端面跳動合格率低的問題，而且大幅提高了零件的磨削加工效率，并成功應用于批量生產中，產生了理想的經濟效益，為該工件大批量生產工藝的確定打下了基礎。

【關鍵詞】薄圓盤；雙面磨削；磨削參數

0 引言

某設備上一種關鍵零件，設計形狀為薄壁圓盤狀，圓盤直徑約Φ100mm，厚度約1mm，設計尺寸和形位公差精度要求較高，其中端面跳動要求≤0.05mm，尤其難以保證。薄壁圓盤零件材料成分類似彈簧鋼（含Mn），特點是硬度高，韌性大，彈性好，較難產生塑性變形。原材料毛坯尺寸直徑約Φ105mm，壁厚約1.5mm，并且來料毛坯還需要進行淬火處理，造成毛坯本身變形嚴重，平面度較差。原工藝設計采用工件淬火熱處理后在平面磨床上，利用平面磨削完成工件兩平面的加工，由于工件很薄，在平面磨削加工后工件變形嚴重，導致零件端面跳動不能保證，合格率低，制約了大批量生產的要求。為此開展了薄壁圓盤零件的磨削技術研究，改進加工工藝，引進雙面磨削加工設備，進行磨削工藝試驗，解決工件變形嚴重的問題。

1 加工工藝分析

原薄壁圓盤加工采用常規的加工方式，即在平面磨床（矩臺平面磨床）上，使用平面磨削工藝磨削加工零件。加工薄壁圓盤時先用電磁吸臺同時吸附多個工件的一面，多道次磨削加工另一面，磨削完成后，翻個，吸附已經加工完成的平面，磨削加工另一毛坯面，通過此種工藝方法來加工到設計要求的尺寸。此種工藝方法的缺點在于：由于被加工零件很薄，磨削加工時采用電磁吸盤將工件吸緊來進行工件固定，以方便后續加工，這樣吸附后工件毛坯已存在的較大的變形在電磁吸力的作用下被變形吸平，而該變形是彈性變形，電磁吸力釋放后，工件將恢復原來形狀。加工時以一面為基準磨削另一面后，能保證工件壁厚均勻度較好，但是磨削后毛坯已存在的變形將恢復這樣在平面磨削中毛坯變形不能消除，導致工件端面跳動超差嚴重，加工合格率低。如圖下圖1中所示，熱處理后工件在自由狀態下變形嚴重，加工時零件被電子磁盤吸附，一部分變形被電磁力消除，但只是彈性變形，加工將工件上面磨除后，切斷電磁力，工件原有變形將重新釋放，造成工件端面跳動較大。

圖1 零件平面磨削前后工件端跳變化示意圖

如圖2，雙端面磨削設備加工區域主要由上下砂輪、送料盤等組成，磨削時，上下砂輪旋轉，用砂輪端面對工件進行磨削加工，送料盤在加工時也是進行旋轉運動，其作用是將工件連續不斷的送入到砂輪加工區域，送料盤上孔用來存放工件，并將工件帶入到加工區域，加工完成后，將工件帶出加工區域。此種雙端面磨削加工方式為連續不停機的加工方式，操作人員在調整完成后，只需連續不斷的往機床上續料，同時進行加工成活的收集工作，人工操作輔助時間和機床運行時間同時進行，因而加工效率很高，非常適合大批量生產。

圖2 雙端面磨削示意圖

工藝采用在雙端面磨削設備上使用雙端面磨削工藝過程如下，并有以下優點：工件放入送料盤圓孔中，送料盤做旋轉運動，送料盤將工件帶入高速旋轉的上下砂輪中，由兩砂輪端面對工件兩面進行磨削，磨削過程中工件呈自然狀態，只受上下兩砂輪磨削力的影響，上下砂輪對工件高點進行磨削。

如圖3，雙端面磨削同時將工件上下兩面的高點去除，并且由于雙面磨削是在工件處于自然變形狀態下，將毛坯上下不平量去除，因此不存在變形反彈的問題，因此能解決由毛坯的變形量對工件成型后的端跳精度影響。

圖3 雙面磨削前后工件示意圖

2 磨削參數試驗研究

在確定了雙端面磨削工藝的基礎上，進行雙端面磨削參數試驗研究。試驗時使用同一對砂輪加工同一毛坯批次的工件，采用單因素法研究常用磨削參數下對應工件端面跳動值d的變化規律。在雙面磨削中影響磨削精度的三要素為磨削深度ap，進給速度f，上下砂輪轉速ns，需要綜合考慮三個要素單獨影響和交叉影響，才能選擇出符合要求的參數值。經驗參數選擇如下f=0.01～0.05mm/r，ap=0.01～0.05，ns=350～850r/min，進行磨削試驗。

通過系統的試驗，并對試驗數據進行了分析，總結出如下規律。試驗數據表明：

a. 磨削深度ap對端面跳動值d的影響最大，并且是正相關關系，但并不是線形關系。當磨削深度ap小于0.025mm時，端面跳動值d隨磨削深度ap增大緩慢增加，當磨削深度ap大于0.025mm時，端面跳動值d隨磨削深度ap增大較快，為了提高加工精度，最終保證零件端面跳動要求并兼顧效率選擇磨削深度ap=0.025mm；

b. 進給速度f對端面跳動值d的影響其次，隨著進給速度f的增加，端面跳動值d成正比例增大，考慮滿足加工精度時并兼顧磨削效率，故選取進給速度f=0.03mm；

c. 隨著上下砂輪轉速ns的增大，端面跳動值d成減小，兩者是反比例關系，考慮砂輪線速度的要求、設備整體剛度、運行的穩定性、加工效率及工件的精度要求，取上下砂輪轉速ns=700r/min。

3 磨削驗證實驗

為了進一步驗證通過試驗確定的雙端面磨削工藝參數的合理性，進行了5000件工件小批量雙面磨削試驗驗證，試驗要求記錄檢測加工完成后各個工件端面跳動值。經過加工，并對每個工件的端面跳動值進行了測試，結果表面工件跳動值范圍在0.01～0.045mm，均達到了設計要求，表明該工藝合理、可行。同時經過測算，工件該序的加工效率也較原平面磨削工藝提高了約2倍。

4 結論

a. 針對薄壁圓盤零件的形狀及材料的特點，通過工藝技術分析，考慮原來平面磨削工藝加工該零件存在的效率低、端跳合格率低的問題，創新的采用雙端面磨削技術，并選擇了合適的雙端面磨削設備，該工藝方法能有效去除了加工毛坯料時的工件變形量，成功解決了工件端面跳動超差嚴重和效率偏低的問題。b.在確定工藝并完成設備選型后，進行了磨削參數工藝試驗，試驗采用單因素法進行了雙面磨削工藝試驗，得出較優雙面磨削工藝參數組合，并應用于批量生產中，提高了工件加工合格率和效率。

【參考文獻】

[1]機械加工工藝手冊[M].第2卷.加工技術篇，機械工業出版社.

[2]金屬切削機床夾具設計手冊[M].2版.機械工業出版社.

[責任編輯：楊玉潔]